1. Lời nói đầu Ngày nay, ngành công nghiệp xây dựng của nước ta đang phát triển rất nhanh, đáp ứng tốc độ phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu sử dụng các loại vật liệu xây dựng ngày càng lớn, cả về số lượng và chất lượng, trong đó xi măng là loại vật liệu xây dựng rất quan trọng, được sử dụng trong hầu hết các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi...

Theo Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng được Chính phủ phê duyệt 1, nhu cầu xi măng ở Việt Nam năm 2005 là 29 triệu tấn, 2010 là 46 triệu tấn, 2022 là 62 triệu tấn và đến 2023 là 68-70 triệu tấn.
Để đáp ứng nhu cầu xi măng cho ngành Xây dựng, hiện nay cả nước ta có 13 nhà máy xi măng lò quay, 54 nhà máy xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế khoảng 23 triệu tấn/năm. Như vậy so với nhu cầu, sản lượng xi măng hiện nay vẫn còn thiếu, hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu khoảng 4 triệu tấn clanker. Để giảm lượng clanker nhập khẩu, tiến tới sản xuất đủ lượng xi măng đáp ứng nhu cầu trong nước, ngoài việc xây dựng thêm các nhà máy xi măng mới thì việc nghiên cứu sử dụng các nguồn phụ gia khoảng PKG cho sản xuất, nâng cao sản lượng và chất lượng xi măng ở Việt Nam là hết sức cần thiết.
Tại Việt Nam, có nhiều loại PGK cho sản xuất xi măng, bao gồm cả phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy. PGK tự nhiên có các loại puzơlan, đá bazan phong hoá, đá silic PGK hoạt tính, đá vôi và đá bazan phụ gia đầy. PGK nhân tạo có các loại tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện, xỉ hạt lò cao từ các nhà máy luyện gang thép, đây đều là các loại PGK hoạt tính. Các nguồn PGK tự nhiên ở nước ta chỉ dùng để sản xuất xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB, hàm lượng sử dụng trong xi măng PCB khoảng 10-20% tuỳ theo chất lượng clanker. Để sản xuất các loại xi măng đặc biệt như xi măng ít toả nhiệt và xi măng bền sun phát, việc sử dụng các nguồn PGK nhân tạo có hiệu quả hơn và hàm lượng sử dụng cao hơn so với PGK tự nhiên.
Trên thế giới, các kết quả nghiên cứu đã cho thấy xỉ hạt lò cao là nguyên liệu rất tốt cho sản xuất xi măng, có thể sử dụng thay thế clanker ở tỷ lệ cao khoảng 40-70% mà cường độ nén suy giảm không nhiều và cải thiện nhiều tính chất của xi măng, do đó xỉ lò hạt lò cao đã được sử dụng để sản xuất ximăng ở nhiều nước trên thế giới.
Việc nghiên cứu và sử dụng PGK cho sản xuất xi măng ở Việt Nam đã được thực hiện từ những năm 1960, trong đó chủ yếu là các nghiên cứu sử dụng nguồn PGK tự nhiên. Các nghiên cứu sử dụng nguồn PGK nhân tạo, đặc biệt là xỉ hạt lò cao chưa đầy đủ, việc sử dụng xỉ hạt lò cao làm PGK cho sản xuất xi măng tại Việt Nam chưa nhiều.
Sử dụng có hiệu quả nguồn PGK nói chung và hạt xỉ lò cao nói riêng cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng ở Việt Nam có thể thay thế đáng kể lượng clanker, góp phần quan trọng trong việc nâng cao sản lượng và chủng loại xi măng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và năng lượng dùng cho việc sản xuất clanker, giảm đáng kể lượng khí thải CO2, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên, trước khi sử dụng rộng rãi xỉ hạt lò cao cho sản xuất xi măng cần phải tiến hành nghiên cứu, đánh giá đầy đủ các đặc tính kỹ thuật của xỉ hạt lò cao và xi măng sử dụng xỉ, các ảnh hưởng có thể gây hại đối với sức khoẻ con người và môi trường, khả năng công nghệ trong việc bốc dỡ, sấy nghiền xỉ và xi măng xỉ, hiệu quả kinh tế của việc sử dụng xỉ hạt lò cao...

2. Các tính chất của xỉ trong xi măng và bê tông
2.1. Tính chất của xỉ trong xi măng
Xi măng xỉ là xi măng mà trong đó một phần xi măng poóclăng được thay thế bằng GBFS nghiền mịn. GBFS nghiền trong xi măng xỉ xó hoạt tính thấp và được kích hoạt khi có môi trường kiềm. Ở nhiệt độ dưới 300 C, mức độ thủy hoá của xi măng xỉ chậm hơn mức độ thuỷ hoá của xi măng pooc lăng thông thường. Vì vậy, ở độ tuổi ngắn ngày, cường độ của xi măng xỉ phát triển chậm hơn so với xi măng thông thường. Tuy nhiên, cường độ này sẽ đạt và lớn hơn cường độ của xi măng poóc lăng thông thường ở độ tuổi dài hơn. Cường độ của xi măng xỉ chứa 50% xỉ lò cao ở tuổi 28 ngày với nhiệt độ dưỡng hộ là 200C sẽ đạt tương tự như cường độ của xi măng thông thường. Nếu nhiệt độ lớn hơn 200C, cường độ của xi măng xỉ sẽ đạt tới cường độ của xi măng poóc lăng sớm hơn. Hàm lượng xỉ trong xi măng xỉ càng lớn, sự phụ thuộc của tốc độ phát triển cường độ vào nhiệt độ môi trường càng lớn.
Trong hệ xi măng - xỉ - nước, xỉ tham gia vào quá trình thuỷ hoá, đóng rắn và phát triển cường độ, như một thành phần tích cực. Xi măng thuỷ hoá tạo ra sản phẩm phụ canxi hydroxit, các sản phẩm này phản ứng với các cấu tử có trong xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính làm tăng cường độ của xi măng.
Trong xi măng, khoáng C3S là khoáng có đóng góp lớn nhất trong việc hình thành cường độ của đá xi măng khi đóng rắn. Khi hàm lượng C3S trong xi măng càng cao thì thường cường độ của đá xi măng đặc biệt là cường độ bam đầu càng lớn, đồng thời khi thuỷ hoá nó cũng thải ra môi trường thuỷ hoá lượng CaOH2 càng nhiều.
Có thể mô tả quá trình thuỷ hoá, đóng rắn của các khoáng clanker bằng các phương trình hoá học sau 14:
23CaO.SiO2 + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3CaOH2 1
Quá trình thuỷ hoá và sản phẩm thuỷ hoá của khoáng C2S tương tự như khoáng C3S, nhưng tốc độ thuỷ hoá chậm hơn nhiều và hàm lượng CaOH2 thải ra ít hơn.
22CaO.SiO2 + 3H2O = 3,3 CaO.2SiO2.2,3H2O + 0,7CaOH2 2
C3A thuỷ hoá theo phương trình sau:
3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O
Khi có mặt thạch cao, C3A hydrat tạo thành hydrosunphôaluminat canxi có công thức [3.CaO.Al2O3.3CaSO4. 30 ÷ 32 H2O], có tên gọi là ettringit.
Trong điều kiện thuỷ hoá thông thường của xi măng, C4 AF thuỷ hoá tạo thành các sản phẩm hyđrat tổng hợp chứa sunphát tương tự như C3A
3.CaO.Fe2O3. 3CaSO4.30 ÷ 32 H2O; 3CaO. Fe2O3.CaSO4.12H2O 4
3.CaO.Fe2O3. 3CaSO4.30 ÷ 32 H2O; 3CaO. Fe2O3.CaSO4.12H2O 5
Sản phẩm phụ trong quá trình thuỷ hoá ximăng sẽ phản ứng với cấu tử của xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính theo phương trình phản ứng sau:
3CaOH2 + 2SiO2 vô định hình + H2O = 3 CaO.2SiO2.H2O 6
3CaOH2 + Al2O3 hoạt tính + 6H2O = 3 CaO.Al2O3.6H2O 7
3CaOH2 + Fe2O3 hoạt tính + 6H2O = 3 CaO.Fe2O3.6H2O 8
Các sản phẩm thuỷ hoá được tạo thành theo các phương trình 6, 7,8 đã làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng trong hệ và tạo cho xi măng xỉ có đường độ dài ngày cao hơn so với mẫu xi măng OPC. Kết quả xác định mức độ phân bổ các lỗ hổng trong đá xi măng xỉ, lượng các lỗ rỗng, nước tự do và canxi hydroxit ít hơn nhiều so với xi măng thông thường. Đây là nguyên nhân làm tăngtính bền vững của xi măng ở tuổi dài ngày.
Hoạt tính của xỉ phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt xỉ sau khi nghiền mịn.
Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng quá trình thuỷ hoá của xi măng như trình bày trong các hình 1.2.2 và hình 1.2.3 15. Ximăng thuỷ hoá xảy ra ba giai đoạn: hoà tan, khuyếch tán và phản ứng.
- Trên hình 1.2.2 mô tả hệ xi măng - xỉ - nước giai đoạn bắt đầu tiếp xúc với nước. Các hạt xỉ có kích thước nhỏ được phân bố trong môi trường nước xen kẽ giữa các hạt xi măng. Trong giai đoạn này, liên kết giữa xi măng và xỉ hầu như chưa xảy ra. Lượng nước tự do trong hệ rất lớn. Giai đoạn này diễn ra rất nhanh.
- tiếp theo sẽ xảy ra các giai đoạn hoà tan. Trong giai đoạn này, các hạt có bề mặt tiếp xúc nước bắt đầu bị hoà tan. Sau khi bề mặt hoà tan nước thẩm thấu vào bên trong để tiếp tục quá trình hoà tan các phần tử khác.
- Tiếp theo là giai đoạn khuyếch tán: Sau khi hoà tan tạo thành sản phẩm C-S-H và giải phóng ra lượng canxi hydroxit CH C= CaO, S= SiO2 và H=H2O. Người ta nhận thấy rằng có n điểm hoà tan thì tạo ra 0,7n C-S-H và0,61 n CH khuyếch tán vào môi trường.
- Sau khuyếch tán là gia đoạn phản ứng: các phần tử CH được chuyển từ các khoáng clanker vào môi trường nước, ở đó có các hạt xỉ đã bắt đầu được thuỷ hoá, dưới sự kích hoạt của CH, hoạt tính của xỉ tăng lên và chúng phản ứng với nhau để tạo thành C-S-H. Trong thời gian khếch tán/phản ứng, các tinh thể CH di động ngẫu nhiên trong pha lỏng nước được phân bố giữa các pha rắn các hạt xi măng, các tinh thể hydrat.
Quá trình hoà tan, khuyếch tán và phản ứng diễn ra liên tục. Khi lớp ngoài thực hiện giai đoạn trên thì lớp trong tiếp tục giai đoạn mới.
Khi xảy ra các phản ứng giữa xỉ và CH, tỷ lệ pha rắn trong hệ tăng lên đáng kể và tỷ lệ ph alỏng giảm đi tương ứng. Ngoài ra, theo chiều hướng này, khoảng không do nước chiếm chỗ ngày càng bị chia cắt bởi các sản phẩm thuỷ hoá và các hạt xỉ và xi măng chưa thuỷ hoá. Lượng các lỗ rỗng dài, thông nhau trong đá xi măng ngày cảng giảm. Đây chính là nguyên nhân làm cho xi măng xỉ ngày càng phát triển cường độ và có độ chắc cao, có khả năng bền vững trong các môi trường xâm thực.
2.2. Tính bền axit
Xi măng pooc lăng hoặc bê tông sẽ giảm chất lượng khi làm việc trong môi trường axit. Nguyên nhân chính là hydroxit canxi CaOH2 được tạo thành khi ít xi măng poóc lăng phản ứng các nhân tố xâm thực của môi trường.
Trong trường hợp môi trường là axit sunfuric, phản ứng sẽ xảy ra như sau:
CaOH2 + H2O = CaSO4 + 2H2O 9
Sun phát canxi CaSO4 tạo thành một phần làm nở thể tích tạo ứng xuất gây ra vết nứt tế vi đá xi măng, một phần bị rửa trôi do môi trường nước làm cho đá xi măng và bê tông có nhiều lỗ rỗng dẫn đến giảm cường độ và phân huỷ.
Đối với xi măng xỉ rất khó hình thành các phản ứng trên vì cần canxi hydroxit được tạo ra sẽ phản ứng với các cấu tử của xỉ. Điều này dẫn đến xi măng có tính bền hoá lớn hơn so với xi măng poóc lăng.
2.3. Tính chiu xâm thực
Xi măng và bê tông có thể phải làm việc trong các môi trường nước có chứa các loại muối khác nhau, đặc biệt là nước biển, nước ngầm, nước công nghiệp và tác động của dòng nước chảy xiết. Tuỳ thuộc vào các tác nhân ăn mò chứa trong nước mà tác động ăn mòn của chúng đối với đá xi măng và bê tông có khác nhau.
Có thể chia hiện tượng ăn mòn đá xi măng thành 3 dạng sau:
- Ăn mòn do hoà tan các cấu tử đá xi măng bởi môi trường nước có độ cứng thấp làm giảm dần chiều dày bê tông - gọi là ăn mòn rửa trôi.
- Ăn mòn do tác động của nước có chứa các hợp chất tham gia phản ứng trao đổi với các cấu tử của đá xi măng tạo thành hoặc các hợp chất dễ hoà tan và bị rửa trôi theo nước hoặc khối vô định hình hoà tan yếu nhưng không có tính kết dính làm suy giảm cấu trúc đá xi măng.
- Ăn mòn do các cấu tử của đá xi măng tham gia phản ứng trao đổi tạo thành các hợp chất kết tinh trong thành lỗ rỗng và mao mạch gây ra nội ứng suất làm phá huỷ đá xi măng.
+ Ăn mòn dạng 1- rửa trôi: Đá xi măng có cấu trúc không đồng nhất và là một hệ cân bằng không ổn định. Trong nước, các tinh thể CaOH2 bị hoà tan và tạo một hệ cân bằng nồng độ CaOH2. Nồng độ CaOH2 trong đá xi măng dao động trong khoảng 8 ÷ 18 % tính quy ra CaO tuỳ theo tuổi đóng rắn. Mức độ hoà tan của CaOH2 trong nước khá lớn,vào khoảng 1,18g/l tính quy ra CaO nước cất ở điều kiện 200C. Sự có mặt của các ion khác trong nwcs sẽ ảnh hưởng đến sự hoà tan CaOH2: Các ion Ca+2, OH- có tác dụng kìm hãm quá trình, cong các ion SO4-2 , Cl-, K+, Na+ làm thúc đẩy quá trình hoà tan. Khi các phân tử CaOH2 đã hoà tan trong nước bị cuốn trôi thì sự cân bằng nồng độ bị phá vỡ. Để đảm bảo sự cân bằng, các phân tử CaOH2 khác từ đá xi măng lại tiếp tục bị hoà tan vào môi trường . Quá trình này diễn ra không ngừng nếu CaOH2 cứ tiếp tục bị cuốn đi. Kết quả cuối cùng là trong đá xi măng chỉ còn lại các gel silic dạng SiOH2. Các nghiên cứu đã xác định được rằng , khi trong pha rắn của đá xi măng còn CaOH2 tự do, trong dung dịch nằm cân bằng với đá xi măng cần đảm bảo nồng độ 1,2g CaO/l.
+ Ăn mòn dạng 2: Gồm các loại ăn mòn axit HCl, H2SiF6 ăn mòn muối MgSO4, MgCl2, NH4Cl, Na2SO4. Phản ứng gây ăn mòn của các loại axit và muối trên đều xảy ra với thành phần CaOH2 trong đá xi măng. Ví dụ:
HCl + CaOH2 = CaCl2 + 2H2O
H2SiF6 + 3CaOH2 = 3CaF2 + SiOH2 + 2H2O
MgCl2 + CaOH2 = CaCl2 + MgOH2
2NH4 + CaOH2 + 2H2O = CaCl2 + 2NH4OH
Dạng tổng quát ăn mòn amoni là: NH4+ + CaOH2 = NH4OH + Ca+2
+ Ăn mòn dạng 3: điển hình của ăn mòn kiểu này do áp lực thẩm thấu, các muối thấm vào các lỗ rỗng trong đá xi măng và tại đây xảy ra quá trình mất nước. Do mất nước, nồng độ muối tăng dần lên và đạt tới trạng thái quá bão hoà sau đó bắt đầu tách ra các tinh thể. Quá trình kết tinh này kèm theo sự phát sinh ứng suất làm biến dạng và phá vỡ đá ximăng và bê tông, A.B Minac 17 đã tính được ứng suất kết tinh của một số muối thường xâm nhập vào đá xi măng như NaSO4 là 4,4 MPa, MgSO4 là 36 MPa và NaCL là 2,7 MPa. Ăn mòn dạng 3 thường xuyên xảy ra trong điều kiện trong nước có chứa các muối này với nồng độ trên 1% hoặc chứa trên 3g/l khi độ ẩm môi trường nhỏ hơn 30%. Trong môi trường có đọ ẩm thay đổi, các muối NaSO4 và MgSO4 cũng gây nứt, vỡ bê tông vì xảy ra quá trình thay đổi lượng ngậm nước làm tăng thể tích tạo ra ứng suất từ các muối khan trở thành NaSO4.10H2O và MgSO4. 7H2O làm tăng thế tích từ 1,5 đến 3 lần.
Phân tích 3 dạng ăn mòn cơ bản ở trên thấy rằng, xi măng xỉ có khả năng kiểm soát sự ăn mòn bởi các ion xâm thực như SO4-2 và Cl- mạnh hơn nhiều so với xi măng poóc lăng. Do xi măng xỉ khi hyđrat hoá hạn chế tạo ra hàm lượng CaOH2 nên hiện tượng ăn mòn rửa trôi, ăn mòn do axit và các ion SO4-2 khó xâm thực phá huỷ khoáng xi măng. Đồng thời đá xi măng xỉ có cấu trúc đặc chắc, chứa ít các lỗ rỗng và mao mạch nên có thể hạn chế sự xâm thực của môi trường vào sâu trong kết cấu. Trong môi trường nước biển, phản ứng tạo muối 3CaO.Al2O3.CaCl2. 10H2O giữa ion clo và các thành phần của đá xi măng cĩng có tác dụng chèn lõ rỗng đá xi măng và bê tông,làm cản trở sự di chuyển của các ion clo thẩm thấu gây ăn mòn cốt thép.
2.4. Độ bền trước phản ứng kiềm cốt liệu
Ngoài 3 dạng ăn mòn trên, còn một dạng ăn mòn khá nguy hiểm là ăn mòn do phản ứng kiềm - cốt liệu. Nói chung, các tính chất của cốt liệu bê tông là khá ổn định, khoáng silicat trong cốt liệu tồn tại dưới dạng khoáng kết tinh khoáng vật quarzt, ổn định. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ngoại lệ, một phần khoáng vật quarzt có thể tồn tại dưới dạng vô định hình, liên kết yếu. Khi cốt liệu chứa khoáng silicat không bền như vậy sẽ phản ứng lâu dài với các chất kiềm trong xi măng tạo thành gel silicat kiểm, gel này hình thành ngày càng nhiều trong kết cấu bê tông, khi vượt quá giới hạn sẽ gây nở thể tích làm nứt và có thể phá vỡ kết cấu bê tông, phản ứng này gọi là phản ứng kiềm - cốt liệu.
Phản ứng ăn mòn dạng này xảy ra khi trong xi măng có chứa alkali đặc biệt là Na2O và trong cốt liệu bêtông có SiO2 hoạt tính. Phản ứng kiềm - cốt liệu xảy ra theo phương trình sau: 18
= Si –OH + OH- + Na+ = = Si – ONa + H2O
Phản ứng tiếp theo sẽ tạo nên các phần tử của các polianiton do sự phá vỡ cầu silocsan theo phương trình sau:
[= Si –O - Si = ] + [2OH-] = = Si –O-
Phản ứng này làm gián đoạn liên kết silocsan và làm tơi mạng lưới cấu trúc đã bị yếu dẫn đến làm phân tán các ôxit silic. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng này là dung dịch silicat kiềm chứa các phần tử monome và polime của ôxit silic và silicat đã hydrat.
Xi măng xỉ có một hàm lượng kiềm nhỏ hơn so với xi măng pooc lăng, lượng kiềm này về cơ bản đã tham gia phản ứng với xỉ nên sẽ hạn chế khả năng tham gia phản ứng với xỉ nên sẽ hạn chế khả năng tham gia phản ứng với khoáng silicat vô định hình. Vì vậy, xi măng xỉ được coi là xi măng có tính chất làm giảm các phản ứng kiềm - cốt liệu và được sử dụng nhiều trong bê tông do là vật liệu có tác dụng chống lại phản ứng kiềm - cốt liệu.
2.5. Đặc tính của xỉ trong bê tông
Đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về vai trò và ảnh hưởng của xỉ đối với các tính chất của vữa và bê tông, nói chung có tác dụng nâng cao tính chất và độ bền của bê tông.
2.6. Tính chất hỗn hợp bê tông
- Lượng nước nhào trộn:
Do đặc tính bề mặt hạt xỉ mịn và trơn nhẵn, dễ tạo độ trơn và sít chặt cho bêtông nên khi sử dụng xỉ nghiền mịn sẽ làm tăng độ linh động và giảm nhu cầu nước nhào trộn cho hỗn hợp bê tông. Lượng nước nhào trộn có xu hướng giảm khi tăng tỷ lệ sử dụng xỉ.
- Độ tách nước:
Độ tách nước của hỗn hợp bê tông xảy ra do hiện tượng sa lắng các hạt cốt liệu bởi trọng lượng bản thân, sự sa lắng này làm tách nước trên bề mặt lớp vữa. Khả năng tách nước trên, tốc độ tách nước phụ thuộc vào tỷ lệ và diện tích bề mặt chất rắn so với thể tích nước, tỷ lệ này tăng thì tính tách nước và tốc độ tách nước giảm 19. Với bê tông có nhiều hạt mịn như xỉ nghiền mịn, tức là có chỉ số diện tích bề mặt lớn thì tính giữ nước trong hỗn hợp bê tông cũng cao. Như vậy khi sử dụng xỉ nghiền ở độ mịn cao sẽ cải thiện khả năng tách nước của hỗn hợp bê tông, mức độ tách nước phụ thuộc tỷ lệ thuận với độ mịn của xỉ và tỷ lệ nghịch với tỷ lệ sử dụng xỉ trong bê tông.
- Thời gian đông kết:
Thông thường, thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào các yếu tố như thời gian đông kết của xi măng loại xi măng sử dụng, hoạt tính của xi măng, tỷ lệ nước/xi măng, phụ gia hoá học đưa thêm vào và môi trường bảo dưỡng bê tông. Xi măng xỉ có thời gian đông kết dài hơn sovới xi măng OPC, đặc biệt là khi sử dụng xỉ ở các lò cao, do đó thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông sử dụng xi măng xỉ thường kéo dài hơn so với khi sử dụng xi măng OPc. Thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông ximăng xỉ kéo dài hơn sẽ là một thuận lợi cho công tác thi công bê tông, đặc biệt là khi thi công trong điều kiện khí hậu khô nóng.
- Hàm lượng bọt khí:
Trong quá trình nhào trộn bê tông, các hạt vật liệu có kích thước nhỏ hơn 75μm, ví dụ như các hạt xỉ nghiền mịn, sẽ có tác dụng phá vỡ sự hình thành các bọt khí trong hỗn hợp bê tông. Ngoài ra khi thi công đầm chặt, các hạt xỉ có kích thước nhỏ sẽ có tác dụng điền đầy các lỗ rỗng trong bê tông, đuổi các bọt khí trong bê tông. Ở các nước ôn đới, hàm lượng bọt khí có tác dụng tốt trong việc nâng cao độ bền băng giá cho bê tông. Đối với các nước có khí hậu nóng ẩm như nước ta, bọt khí trong bêtông sẽ làm giảm các tính chất như cường độ, chống thấm và độ bền trong môi trường xâm thực.
2.7. Tính chất của bê tông
- Cường độ và tốc độ phát triển cường độ của bê tông:
Cường độ và tốc độ phát triển cường độ của bê tông nói chung phụ thuộc vào các yếu tố như độ đặc chắc, tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn và lực dính kết giữa đá xi măng với cốt liệu. Bê tông có mác thông thường nhỏ hơn 300, khi chịu nén thường bị phá huỷ chủ yếu tại vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu.
Cường độ và tốc độ phát triển cường độ của bê tông xi măng xỉ thường thấp ở độ tuổi ngắn ngày 1-3 ngày, có thể giải thích là do tốc độ phát triển cường độ của xi măng xỉ chậm hơn so với xi măng thông thường, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu lạnh. Điều này, gây bất lợi đối với các kết cấu bê tông có yêu cầu cường độ cao ở tuổi ngắn ngày. Tuy nhiên, cường ộ bê t6ông của xi măng sẽ đạt và lớn hơn cường độ bê tông của xi măng poóc lăng ở tuổi dài hơn. Để hạn chế nhược điểm về cường độ nén thấp ở tuổi ngắn ngày, không nên sử dụng xi măng xỉ cho các kết cấu bê tông yêu cầu cường độ cao ở tuổi ngắn ngày và tốt nhất là chỉ sử dụng cho các vùng có khí hậu nóng ẩm.
Các kết quả nghiên cứu 20 cho thấy rằng, trong độ tuổi dài ngày, khi các khoáng trong xi măng poóc lăng gần như đã thuỷ hoá hết thì các thành phần trong xỉ vẫn tiếp tục phản ứng với CaOH2 để tạo thành các sản phẩm CSH, làm tăng độ đặc chắc và tăng cường độ cho bê tông, tỷ lệ sử dụng xỉ càng lớn thì cường độ của bê tông ở tuổi dài ngày càng cao. Tỷ lệ tăng cường độ của bê tông xi măng xỉ ở tuổi dài ngày càng cao hơn nhiều so với bêtông xi măng poóc lăng. Chính nhờ các đặc tính tốt này mà nhiều nước trên thế giới đã sử dụng xỉ để chế tạo bê tông cường độ cao.21
- Nhiệt độ trong kết cấu bê tông:
Trong quá trình thuỷ hoá của các khoảng trong clanker thường sinh ra một lượng nhiệt, được gọi là nhiệt thuỷ hoá. lượng nhiệt này phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng khoáng C3S và C3A. Đối với các két cấu bê tông khối lớn, nhiệt thuỷ hoá của xi măng là vấn đề được quan tâm đặc biệt, khi nhiệt thuỷ hóa của xi măng lớn sẽ làm cho nhiệt độ trong lòng khối bê tông tích tụ lại và tăng dần, sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong khối bê tông và bên ngoài môi trường tăng dần, khi vượt quá giới hạn sẽ sinh ra ứng suất nhiệt gây nứt nẻ và phá vỡ kết cấu bê tông.
Xi măng xỉ có ưu điểm trong việc hạn chế nhiệt thuỷ hoá do giảm hàm lượng các khoáng clanker trong xi măng, nhiệt thuỷ hoá trong xi măng tỷ lệ nghịch với hàm lượng xỉ thay thế xi măng. Chính nhờ ưu điểm này mà nhiều nước đã sử dụng xỉ để sản xuất xi măng ít toả nhiệt sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn.
- Tính chống thấm nước:
Trong kết cấu bê tông, cát và đá là các vật liệu đặc chắc, ở áp lực nhỏ hơn 20 at nước rất khó thấm qua. Đường thấm nước chính trong bê tông chủ yếu là qua vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng cũng như qua các lỗ rỗng mao quản có kích thước lớn trong đá xi măng.
Bê tông có khả năng chống thấm kém là nguyên nhân gây lên các hiện tượng ăn mòn xâm thực làm phá huỷ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
Đối với bê tông sử dụng xi măng xỉ, khi hàm lượng xỉ cao sẽ có tác dụng làm phân tán và bịt kín một phần các lỗ rỗng mao quản.ngoài ra, do xỉ tác dụng với CaOH2 trong thời gian lâu dài tạo khoáng CSH sẽ làm giảm các lỗ rỗng và tăng độ đặc chắc của kết cấu bê tông. Kết quả nghiên cứu các mẫu vữa sử dụng các loại xi măng khác nhau 22 cho thấy rằng, tổng thể tích lỗ rỗng trong mẫu vữa xi măng loại xỉ B và C theo tiêu chuẩn Nhật Bản thấp hơn nhiều so với mẫu vữa xi măng OPC và xi măng tro bay, đặc biệt là ở tuổi dài ngày. Như vậy, xi măng xỉ lò cao có khả năng duy trì và tăng tính bền vững cũng như khả năng chống thấm cho bê tông.
- Khả năng ăn mòn cốt thép trong bê tông:
Hiện tượng ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép xảy ra khi có sự xâm nhập của ion Cl- và CO2 vào trong kết cấu bê tông, sự xâm nhập này xảy ra mạnh khi độ đặc chắc của bê tông không cao. Các phân tích trên đã chỉ ra rằng ximăng xỉ có tác dụng làm giảm các lỗ rỗng và tăng độ đặc chắc của bê tông do đó sẽ làm giảm khả năng ăn mòn cốt thép của các tác nhân hoá học.

Nguồn tin: T/C Thông tin KHKT Xi măng, số 1/2006